冷表面结霜是制冷、空调和航空等领域最棘手的问题之一。换热器表面结霜会导致其热阻增大和空气流道的堵塞。因此，了解霜形成机理，尤其是不同因素的影响，对于抑霜方法的探寻及在结霜条件下运行的换热器的设计都至关重要。本文实验研究了结霜过程及众多因素对结霜的影响规律。
首先，本文构建了包括显微图像系统，测量系统和数据采集系统在内的可视化实验平台。该实验平台为冷表面结霜的实验研究提供了基础。基于该实验平台，本文对冷表面结霜过程进行了初步观测实验，据此，对结霜全过程有了初步了解。
其次，针对成霜的初始阶段，观察并研究了在不同工作条件下霜成核过程，并研究了实验条件下，固相高度、过冷时间、冻结时间和相变时间的变化规律。结果表明，霜成核过程是一个瞬时过程，水滴的冻结顺序是从底部到顶部；霜成核过程是在水滴达到一定程度的过冷之后开始。过冷时间和冻结时间随着冷表面及空气温度的提高而增大；过冷时间和冻结时间随着空气相对湿度的增大而减小；随着空气流速的增加，过冷时间和冻结时间变化均是先降低后增加；此外，本文对上述现象的产生机理进行了阐述。相比于过冷时间和冻结时间，相变时间受冷表面温度和空气参数的影响程度较小。
最后，针对霜层生长过程，本文研究了在不同冷板温度、空气温度、空气相对湿度和空气速度等条件下霜层厚度和霜层生长的动态特征。结果表明，随着上述影响参数的增加，霜层厚度随之增加；与空气温度和空气流速相比，冷表面温度和空气相对湿度对霜层生长有影响显著，因此，提高冷表面温度或降低空气相对湿度是减缓结霜的有效方法。此外，本文还初步观察并分析了不同实验条件下不同形状的霜晶。在不同的冷表面温度和空气参数下，会形成不同形状的结晶，如分支晶体，体晶，针状晶体和柱晶体。